Что такое энергетические ресурсы

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ И ИХ КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Энергия — количественная оценка различных форм движения материи, которые могут превращаться друг в друга (механическая в тепловую, последняя в электрическую и обратно). Условно энергию деляг по видам: химическая, механическая, электрическая, тепловая, ядерная и т. и.

Различают также энергию первичную и вторичную. Первичная энергия — энергия, непосредственно извлекаемая в природе, — это вода, ветер, тепло земли, ядерная, топливо и т. п.

Вторичная энергия — энергия, получаемая после преобразования первичной на специальных установках — станциях. Станция в названии содержит указание на первичную и вторичную энергию, например, тепловая электрическая станция (ТЭС), гидравлическая электрическая станция (ГЭС), атомная электрическая станция (АЭС).

Энергоресурсы — это и есть объекты, в которых сосредоточена первичная энергия. Все ЭНР можно классифицировать по двум признакам: степени использования для практических нужд; по характеру возникновения в природе.

По степени использования различают ЭНР основные и прочие. К основным относят ЭНР, используемые в больших количествах для практических нужд. Сюда относятся: органическое топливо (уголь, нефть, газ, торф и др.), ядерное топливо (тяжелые элементы урана и тория), вода рек и водоемов.

К прочим ресурсам можно отнести: приливы и отливы морей и океанов, геотермы, ветер, солнце и др. По характеру возникновения ЭНР делят на возобновляемые и невозобновляемые. Возобновляемые — это ЭНР, постоянно возобновляемые природой, например, вода, ветер, солнце, парогидротермы, приливы и отливы морей.

Невозобновляемые — это ЭНР, ранее накопленные в природе, но в новых геологических условиях не образуются. К этим видам относятся, прежде всего, органическое и ядерное топливо. Классификационная схема ЭНР показана на рис. 2.13.

Средняя структура потребления ЭНР к периоду 2010 т. представлена следующим образом: все добываемые ЭНР можно принять за 130. 140%, при этом считается, что 30. 40% теряется при добыче, хранении, перевозке. Таким образом, в местах переработки (третья стадия энергетического производства) все ЭНР можно принят ь за 100 %. По доле в энергетическом балансе основные ЭНР распределяются следующим образом: газ — 25 %, уголь — 30 %, нефть — 30 %, гидроресурсы — 5 %, прочее — 10 %. Из этих ЭНР 40 % используется на электростанциях, 10 % — в котельных и 50 % — непосредственно в двигателях и промышленных и бытовых печах.

Рис. 2.13. Классификационная схема энерг оресурсов

Средняя структура исполыования ЭНР не остается постоянной и со временем изменяется. Прогноз энергетического баланса выглядит следующим образом: уголь — 23 %, нефть — 37 %, газ — 13 %, гидроэнергия — 2 %, ядерное топливо — 25 %, а общее потребление ЭНР составит примерно 24. 26 млрд ту.т (тонн условною топлива).

Структура распределения энергии при потреблении в целом сложилась следующим образом. Если принять всю потребляемую энергию за 100%, то 79 % составит потребление в виде тепла, в том числе промышленность — 51 %, быт и прочее — 28%, 21 % — механическая энергия, которая по отраслям распределяется следующим образом: промышленност ь — 6 %, транспорт — 7 %, быт — 5 %, сельское хозяйство — 3 %.

Распределение ЭНР крайне неравномерно. Места их сосредоточения далеко не совпадают с местами потребления. Гак, примерно 50 % запасов ЭНР сосредоточено на среднем и ближнем Востоке, а их потребление там в 4 раза ниже среднемирового. Концентрация потребления нефти в наиболее развитых странах привела к тому, что 30 % населения потребляет 90 % вырабатываемой энергии, а остальные 70% — только 10%. Отсюда ясна общая картина социального неравенства на земле (золотой миллиард). Ярким примером такой неравномерности потребления энергоресурсов являются США. Здесь проживает 5 % всего населения земли, которые потребляют 40 % мировой добычи энергоресурсов.

Россия располагает примерно 30. 35 % энергоресурсов земли. В связи с «демократическими реформами» в нашей стране произошел некий крен, превративший страну из промышленно развитой в сырьевую. Нели в советский период вывоз нефти и газа составлял примерно 18 %, то к 2000 г. он достиг 48 %. Нефтедобывающая и газовые отрасли все в большей мере попадают в руки западного и американского капитала. Без изменения общеполитической и экономической ситуации уже в ближайший период страна может превратиться в сырьевой придаток так называемых развитых капиталистических стран.

ТЕМА 1. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ

1.1. ЭНЕРГЕТИКА, ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ.

Общество в целом и каждый человек в отдельности не может обходиться без потребления энергии.

Энергия — способность производить работу или какое-то другое действие, меняющее состояние действующего субъекта. В широком смысле это — общая мера различных форм движения материи.

Для современного общества наиболее актуальными видами энергии являются электрическая и тепловая . Другие разновидности — механическая, химическая, атомная и т.д. — можно считать промежуточными или вспомогательными.

Тепловая энергия (тепло, теплота) — энергия хаотического движения микрочастиц — является первичной энергией цепи преобразования энергии, ею же эта цепь и заканчивается.

Тепловая энергия используется человеком для обеспечения необходимых условий его существования, для развития и совершенствования общества, для получения электрической энергии на тепловых электростанциях, для технологических нужд производства, для отопления и горячего водоснабжения жилых и общественных зданий. Источниками энергии могут служить вещества и системы, энергетический потенциал которых достаточен для последующего целенаправленного использования.

Энергетический потенциал является параметром, оценивающим возможность использования источника энергии, выражается в единицах энергии — Джоулях или киловатт-часах.

Энергетические ресурсы – это любые источники механической, химической и физической энергии.

Энергетические ресурсы можно разделить на:

¾ первичные, источник которых – природные ресурсы и природные явления;

¾ вторичные, куда относятся промежуточные продукты обогащения и сортировки углей; гудроны, мазуты и другие остаточные продукты переработки нефти; щепки, пни, сучья при заготовке древесины; горючие газы; тепло уходящих газов; горючая вода из систем охлаждения; отработанный пар силовых промышленных

Первичные энергетические ресурсы делят на:

— невозобновляемые или истощаемые

(уголь, нефть, сланцы,

природный газ, горючее);

— возобновляемые (древесина, гидроэнергия, энергия ветра, геотермальная энергия, торф, термоядерная энергия);

Вторичные (побочные) энергоресурсы (ВЭР) — это носители энергии, образующиеся в ходе производства, которые могут быть повторно использованы для получения энергии вне основного технологического процесса.

Около 90% используемых в настоящее время энергоресурсов составляют невозобновляющиеся (уголь, нефть, природный газ, уран и т.п.) благодаря их высокому энергетическому потенциалу, относительной доступности и целесообразности извлечения; темпы добычи и потребления их обусловливают энергетическую политику.

Эффективность использования энергоресурсов определяется степенью преобразования их энергетического потенциала в конечную используемую продукцию или потребляемые конечные виды энергии (механическая энергия движения, теплота для систем отопления или технологических нужд и т.д.), что характеризуется коэффициентом полезного использования энергоресурсов η эр :

η эр = η д ·η п ·η и

где η д — коэффициент добычи, извлечения потенциального запаса энергоресурса (отношение добытого ко всему количеству ресурса);

η п — коэффициент преобразования (отношения полученной энергии ко всей подведенной энергоресурсом);

η и — коэффициент использования энергии (отношение использованной энергии к подведенной к потребителю).

Для нефти η = 30…40%, для газа — 80%, угля — 40%. Современные топочные устройства при получении тепловой энергии из химической путем сжигания топлив позволяют получить η п = 94…98%; при передачи тепла потребителю через системы теплоснабжения η п снижается до 70…80%. Если же из тепловой энергии продуктов сгорания получается механическая с целью выработки электроэнергии (на тепловых электростанциях — ТЭС), то η п = 30…40%; для двигателя внутреннего сгорания η п = 20…30%. Величина η и зависит от типа конкретного потребителя и условий эксплуатации (отопительные системы — 50%). В среднем η эр = 36%.

1.2. Истощаемые и возобновляемые энергетические

ресурсы. Виды топлива, их состав и теплота сгорания.

Истощаемые ресурсы — это запасы топлива в недрах земли.

Мировой запас угля оценивается в 9-11 трлн.т. (условного топлива) при добыче более 4,2 млрд./год. Наибольшие разведанные месторождения уже находятся на территории США, СНГ, ФРГ, Австралии. Общегеологические запасы угля на территории СНГ составляют 6 трлн.т. /50% мировых/, в т.ч. каменные угли 4,7 и бурые угли – 2,1 трлн.т. Ежегодная добыча угля – более 700 млн.т., из них 40% открытым способом.

Мировой запас нефти оценивается в 840 млрд.т. условного топлива, из них 10% — достоверные и 90% — вероятные запасы. Основной поставщик нефти

на мировой рынок – страны Ближнего и Среднего Востока. Они располагают 66% мировых запасов нефти, Северная Америка – 4%, Россия – 8-10%. Отсутствуют месторождения нефти в Японии, ФРГ, Франции и многих других развитых странах.

Запасы природного газа оцениваются в 300-500 трлн. м 3 . Потребление энергоресурсов в мире непрерывно повышается. В расчете на 1 человека потребление энергии за период 1990-2000 г.г. увеличилось в 5 раз. Однако это потребление энергоресурсов осуществляется крайне неравномерно. Примерно 70% мировой энергии потребляют промышленно развитые страны, в которых проживает около 30% населения Земли. В среднем на 1 человека приходится в Японии 1,5-5 т., в США – около 7т., а в развивающихся странах 0,15-0,3т. в нефтяном эквиваленте.

Человечество ещё, по крайней мере, 50 и более лет сможет обеспечить значительную часть своих потребностей в различных видах энергии за счет органического топлива. Ограничить чрезмерное их потребление могут два фактора:

— очевидная исчерпаемость запасов топлива;

— осознание неизбежности глобальной катастрофы из-за увеличения вредных выбросов в атмосферу.

К ресурсам возобновляемой энергии относятся :

— сток рек, волны, приливы и отливы, ветер как источники механической энергии;

— градиент температур воды морей и океанов, воздуха, недр земли /вулканов/ как источники тепловой энергии;

— солнечное излучение как источник лучистой энергии;

— растения и торф как источник химической энергии.

Топливо — вещество, выделяющее при определенных экономически целесообразных условиях большое количество тепловой энергии, которая в

дальнейшем используется непосредственно или преобразуется в другие виды энергии.

¾ горючее — выделяет тепло при окислении, окислительобычно О 2 , N 2 , азотистая кислота, перекись водорода и пр.

¾ расщепляющееся или ядерное топливо (основа ядерной

энергетики 235 U (уран 235).

Горючее делят на органическое и неорганическое . Органическое горючееуглерод и углеводород. Горючее бывает природное (добытое в недрах земли) и искусственное (переработанное природное). Искусственное в свою очередь делится на композиционное (полученное механической переработкой естественного, бывает в виде гранул, эмульсий, брикетов) и синтетическое (произведенное путем термохимической переработки естественного — бензин, керосин, дизельное топливо, угольный газ и т.д.).

Более 90% потребляемой энергии образуется при сжигании естественного органического топлива 3 видов:

♦ твердое топливо (уголь, торф, сланцы).

♦ жидкое топливо (нефть и газоконденсаты).

♦ газообразное топливо (природный газ, СН 4 , попутный газ нефти).

Органическое топливо состоит из следующих составляющих: горючая составляющая (органические ингредиенты — С, Н, О, N, S) и негорючая составляющая (состоит из влаги, минеральной части).

Общепринятое слово «горючее» — это топливо, предназначенное для сжигания (окисления). Обычно слово «топливо» и «горючее» воспринимаются как адекватные, т.к. чаще всего «топливо» и бывает представлено «горючим». Однако следует знать и другие разновидности топлива. Так, металлы алюминий, магний, железо и др. при окислении так же могут выделять много теплоты. Окислителем вообще могут быть кислород воздуха, чистый кислород

и его модификации (атомарный, озон), азотная кислота, перекись водорода и т.д.

Сейчас в основном используется ископаемое органическое горючее с окислителем — кислородом воздуха.

Различают три стадии преобразования исходного органического материала:

♦ торфяная стадия — распад высокомолекулярных веществ, синтез новых; при частичном доступе кислорода образуется торф и уголь, без доступа кислорода — нефть и газы;

♦ буроугольная стадия — при повышенной температуре и давлении идет полимеризация веществ, обогащение углеродом;

♦ каменноугольная стадия — дальнейшая углефикация.

Жидкая смесь углеводородов мигрировала сквозь пористые породы, при этом образовались месторождения нефти, газа; высокое содержание минеральных примесей приводило к возникновению горючих сланцев.

Твердое и жидкое органическое топливо характеризуется сложностью химического состава, поэтому обычно дается только процентное содержание (элементный или элементарный процентный состав топлива) химических элементов, без указания структур соединений.

Основной элемент, выделяющий теплоту при окислении — это углерод С, менее — водород Н. Особое внимание следует уделять сере S. Она заключена как в горючей, так и в минеральной части топлива. При сжигании сера влияет на коррозионную активность продуктов сгорания, поэтому это — нежелательный элемент. Влага W в продуктах сгорания представлена внешней («мокрое» топливо), кристаллогидратной, образованной при окислении водорода. Минеральная часть А — это различные окислы, соли и другие соединения, образующие при сжигании золу.

Состав твердого и жидкого топлива выражается в % по массе, при этом за 100% могут быть приняты:

1) рабочая масса — используемая непосредственно для сжигания;

2) аналитическая масса — подготовленная к анализу;

3) сухая масса — без влаги;

4) сухая беззольная масса;

5) органическая масса.

C p + H p + S p + N P + A p + W P = 100

Состав топлива необходим для определения важнейшей характеристики топлива — теплоты сгорания топлива (теплотворная способность топлива).

Теплота сгорания топлива — это количество тепловой энергии, которая может выделиться в ходе химических реакций окисления горючих компонентов топлива с газообразным кислородом, измеряется в кДж/кг для твердого и жидкого, в кДж/м 3 — для газообразного топлива.

При охлаждении продуктов сгорания влага может конденсироваться,

выделяя теплоту парообразования. Поэтому различают высшую Q В р — без учета конденсации влаги, и низшую Q Н р — теплоту сгорания, при этом:

Q Н р = 339,1 С р + 1035,94 Н р − 108,86 ( О р − S р ) − 24,6 W р

Средние теплоты сгорания, кДж/кг(кДж/м 3 ) Q Н р

мазут ……….………..40200 соляр…………………42000

Для сравнения различных видов топлива их приводят к единому эквиваленту — условному топливу , имеющему теплоту сгорания 20308 кДж/кг (7000 ккал/кг). Для пересчета реального топлива в условное используется тепловой эквивалент:

• для угля в среднем — 0,718;

газа природного — 1,24;

Твердое органическое топливо по степени углефикации делится на древесину, торф, бурый уголь, каменный уголь, антрацит.

Важной характеристикой, влияющей на процесс горения твердого топлива, является выход летучих веществ (убыль массы топлива при нагреве его без кислорода при 850 о С в течение 7 мин). По этому признаку угли делят на бурые (выход летучих более 40%), каменные (10 — 40%), антрациты (менее

10%). Воспламеняемость антрацитов поэтому хуже, но Q Н р выше. Это надо учитывать при организации процесса сжигания.

Зола — порошкообразный горючий остаток, образующийся при полном окислении горючих элементов, термического разложения и обжига минеральных примесей.

Шлак — спекшаяся зола.

Эти продукты сгорания оказывают большое влияние на КПД топочного оборудования (загрязнения, зашлаковка), надежность работы (разрушение обмуровок, пережог труб).

Нефть в сыром виде редко используется как топливо, чаще всего для этой цели идут нефтепродукты. В зависимости от температуры перегонки нефтепродукты делят на фракции: бензиновые (200-225 о С); керосиновые (140300 о С); дизельные (190-350 о С); соляровые (300-400 о С); мазутные (более 350 о С). В котлах котельных и электростанций обычно сжигается мазут, в бытовых отопительных установках — печное бытовое (смесь средних фракций).

К природным газам относится газ, добываемый из чисто газовых месторождений, газ конденсатных месторождений, шахтный метан и др. Основной компонент природного газа — метан. В энергетике используется газ, концентрация СН 4 в котором выше 30% (за пределами взрывоопасности).

Искусственные горючие газы — результат технологических процессов переработки нефти и других горючих ископаемых (нефтезаводские газы, коксовый и доменный газы, сжиженные газы, газы подземной газификации угля и др.).

Из композиционных топлив, как наиболее употребительное, можно назвать брикеты — механическая смесь угольной или торфяной мелочи со связующими веществами (битум и др.), спрессованная под давлением до 100 МПа в специальных прессах.

Синтетическое топливо (полукокс, кокс, угольные смолы) в Беларуси не используется.

Расщепляющееся топливо — вещество, способное выделять большое количество энергии за счет торможения продуктов деления тяжелых ядер (урана, плутония). В качестве ядерного топлива используется природный

изотоп урана 235 U , доля которых во всех запасах урана менее 1%.

Природное топливо располагается в земной коре. Запасы угля в мире оцениваются в 14 триллионов тон (Азия — 63%, Америка — 27%). Основные запасы угля — Россия, США, Китай. Все количество угля можно представить в виде куба со стороны 21 км; из него ежегодно «выедается» человеком на свои разносторонние нужды «кубик» с ребром 1,8 км. Очевидно, при таком темпе потребления этого угля хватит на срок порядка 1000 лет. Поэтому, в общем разговоры о топливных и энергетических кризисах скорее имеют политическую, чем ресурсную подоплеку. Другое дело — уголь тяжелое, неудобное топливо, имеющее много минеральных примесей, что усложняет его использование, но главное — запасы его распределения крайне неравномерно.

Общеизвестны страны, обладающие самыми богатыми месторождениями нефти, при этом разведанные запасы нефти все время увеличиваются; прирост идет в основном за счет морских шельфов. Если некоторые страны берегут свои запасы в земле (США), другие (Россия) интенсивно их «выкачивают». Общие запасы нефти в мире ниже, чем угля, но более удобное для использования топливо, особенно в переработанном виде. После подъема через скважину нефть подается потребителям в основном нефтепроводами, железной дорогой, танкерами, расстояние может достигать нескольких тысяч километров. Поэтому в себестоимости нефти существенную долю имеет транспортная составляющая. Энергосбережение при добычи и транспортировке жидкого топлива заключается в уменьшении расхода электроэнергии на прокачку (удаление вязких парафинистых компонентов, нагрев нефти, применение экономичных насосов, увеличение диаметров нефтепроводов).

Природный газ располагается в залежах, представляющих собой купола из водонепроницаемого слоя (типа глины), под которым в пористой среде (передатчик) под давлением находится газ, состоящая в основном из СН 4 . На выходе из скважины газ очищается от песчаной взвеси, капель конденсата и других включений и подается на магистральный газопровод диаметром 0,5…1,5 м длиной несколько тысяч километров. Давление газа в газопроводе поддерживается на уровне 5 МПа при помощи компенсаторов, установленных через каждые 100…150 км. Компрессоры вращаются газовыми турбинами, потребляющими газ, общий расход газа составляет 10…12% от всего прокачиваемого. Поэтому транспорт газообразного топлива весьма энергозатратен. Транспортные расходы намного ниже для сжигания газа, но и доля его потребления мала. Энергосбережение при добычи и транспорте газообразного топлива заключается в использование передовых технологий бурения, очистки, распределения, повышения экономичности газотурбинных установок для привода компрессоров магистралей.

Энергетические ресурсы

энергетические ресурсы — Невозобновляемые минеральные вещества, возобновляемые органические ресурсы и ряд природных процессов (энергия текущей воды, ветра, приливов и пр.), используемые для получения энергии. Syn.: топливноэнергетические ресурсы … Словарь по географии

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ — запасы энергии в природе, которые могут быть использованы в хозяйстве. К Э. р. относятся различные виды топлива (каменный и бурый угли, нефть, горючие газы и сланцы и др.), энергия падающей воды, морских приливов, ветра, солнечная, атомная.… … Географическая энциклопедия

энергетические ресурсы — Все, что общество может использовать в качестве источника энергии (Термины Рабочей Группы правового регулирования ЭРРА). [Англо русский глосcарий энергетических терминов ERRA] EN energy resources Everything that could be used by society as a… … Справочник технического переводчика

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ — На протяжении тысячелетий основными видами используемой человеком энергии были химическая энергия древесины, потенциальная энергия воды на плотинах, кинетическая энергия ветра и лучистая энергия солнечного света. Но в 19 в. главными источниками… … Энциклопедия Кольера

энергетические ресурсы — energijos ištekliai statusas Aprobuotas sritis Energetika apibrėžtis Gamtiniai ištekliai ir (ar) jų perdirbimo produktai, naudojami energijai gaminti ar transporto sektoriuje. atitikmenys: angl. energy resources vok. Energieressourcen rus.… … Lithuanian dictionary (lietuvių žodynas)

топливно-энергетические ресурсы — топливно энергетические ресурсы: Совокупность природных и произведенных энергоносителей, запасенная энергия которых при существующем уровне развития техники и технологии доступна для использования в хозяйственной деятельности. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

вторичные топливно-энергетические ресурсы — 37 вторичные топливно энергетические ресурсы; ВЭР: Топливно энергетические ресурсы, полученные как отходы или побочные продукты производственного технологического процесса. Источник: ГОСТ Р 53905 2010: Энергосбережение. Термины и определения… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

возобновляемые топливно-энергетические ресурсы — 39 возобновляемые топливно энергетические ресурсы: Природные энергоносители, постоянно пополняемые в результате естественных процессов. Источник: ГОСТ Р 53905 2010: Энергосбережение. Термины и определения оригинал документа 3.9.8 возобновляемые … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

вторичные энергетические ресурсы — 2.21 вторичные энергетические ресурсы (reclaimable resource): Материалы искусственного происхождения, отсутствующие в природной среде, которые могут быть возобновлены, переработаны и использованы как вход в техническую энергетическую систему.… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Топливно-энергетические ресурсы — запасы топлива и энергии в природе, которые при современном уровне техники могут быть практически использованы человеком для производства материальных благ. К топливно энергетическим ресурсам относятся: различные виды топлива: каменный и бурый… … Финансовый словарь

Энергетические природные ресурсы

На протяжении многих веков основным источником получения энергии для человека была древесина. В XVIII веке началась промышленная революция, одним из главных достижений которой было изобретение паровой машины. Это привело к резкому увеличению использования каменного угля.

В XIX веке в качестве энергоресурса стала применяться нефть. Ее потребление особенно увеличилось после изобретения двигателей внутреннего сгорания. XX век стал «эрой нефти». Ее производство и использование в экономике неуклонно росло. Даже открытие атомной энергетики не смогло значительно ослабить позиции нефти как ведущего энергоресурса.

В наши дни активно развивается альтернативная энергетика, что в первую очередь связано со стремлением снизить негативное влияние человека на экологию.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

Энергетические ресурсы — это все разнообразные источники энергии, которые человек применяет в промышленности и быту.

Характерной особенностью двух последних столетий истории человеческой цивилизации является неуклонное увеличение потребления энергоресурсов. Это связано с ростом населения, расширением масштабов промышленного производства, возрастанием потребностей человека. Во второй половине 20 — начале 21 века потребление энергии увеличивалось в два раза каждые 12—14 лет.

Использованием и распределением энергетических ресурсов занимается специальная отрасль хозяйственно-экономической деятельности человека, которая называется «энергетика». Она является основой для развития всех отраслей промышленности.

Энергетика — это отрасль техники и народного хозяйства, в рамках которой происходит добыча энергии из энергоресурсов и ее донесение до потребителей.

Производство энергии осуществляется за счет преобразования первичной природной энергии во вторичную — например, тепловую или электрическую.

Стадии производства энергии:

1. Добыча энергоресурсов — это процесс извлечения энергоносителей из недр Земли или из других природных источников с помощью технических средств. Например, уголь добывается открытым и закрытым способами — в карьерах и шахтах.
2. Обогащение — это переработка исходного сырья с целью концентрации полезного вещества. Например, для производства ядерного топлива природный уран разделяют на обогащенный и обедненный.
3. Передача ресурсов — транспортировка топлива на энергетические установки. Например, доставка мазута на ТЭС.
4. Преобразование энергии — первичная энергия энергоресурсов преобразуется во вторичную. Например, химическая энергия природного газа превращается в тепловую и электрическую энергию.
5. Доставка — вторичная энергия доставляется до потребителей, в качестве которых могут выступать как промышленные предприятия, так и бытовые объекты. Например, доставка осуществляется через ЛЭП — линии электропередач.

Энергетика делится на два типа:

1. Традиционная — к ней относят хорошо изученные в технологическом отношении и давно используемые человеком способы получения энергии.
2. Альтернативная — к ней причисляют все перспективные источники энергии. Поскольку чаще всего в ее рамках происходит использование возобновляемых энергоресурсов, то ее также называют «зеленой» или «регенеративной» энергетикой.

Невозобновляемые энергетические ресурсы

К невозобновляемым относятся энергоресурсы, которые являются исчерпаемыми и ограниченными. Они включают все виды ископаемого топлива.

Ископаемое топливо — это сырье древнего органического происхождения, которое при сгорании выделяет большое количество энергии.

Оно образовалось в глубокой древности в особых условиях. Органические остатки, погруженные в земную кору, пребывали под воздействием повышенного давления, теплоты и отсутствия кислорода. Восстановление данных энергоресурсов невозможно, поскольку ископаемое топливо создавалось природой на протяжении многих миллионов лет в определенные геологические периоды.

Например, горючие сланцы образовались примерно 450 миллионов лет назад в результате разложения морского планктона без доступа воздуха.

К ископаемому топливу относятся:

• нефть и природный газ;
• все виды угля;
• горючие сланцы и торф.

Наибольшее значение в структуре потребления имеет уголь, нефть и газ.

Уголь

Уголь стал первым ископаемым топливом, который научился использовать человек, и вторым известным энергоресурсом после древесины.

Уголь — это твердое полезное ископаемое осадочного происхождения, состоящее преимущественно из углерода. В основном используется как топливо и ценное сырье для химической промышленности.

Наиболее древние крупные залежи ископаемого угля образовывались в промежутке от 350 до 250 миллионов лет назад. В те времена существовали гигантские папоротники, плауны и другие растения с крупными листьями. Органические растительные остатки переместились на глубину, где подверглись метаморфическим процессам.

Геологический период, в котором сложились особо благоприятные условия для образования угля, так и называется — карбон или каменноугольный период. «Сarbō» — по-латински означает «уголь».

По одной из наиболее вероятных версий, в последующие эпохи образование угля было ограничено тем, что в конце карбона появились грибы и микроорганизмы, способные перерабатывать лигнин — одеревеневшие стенки клеток растений.

Классификация основных видов угля:

1. Антрацит — очень плотный и блестящий уголь, содержащий 92—97 % углерода. Обладает наибольшей теплотой сгорания из всех углей, но плохо воспламеняется. Используется как высококачественное топливо в энергетике, а также в металлургии. Самый древний и дорогой из углей.
2. Каменный уголь — плотная порода от черного до серо-черного цвета. Самый распространенный вид углей, который используется в энергетике. Дешевле антрацита, но дороже бурого угля. Содержит от 75 до 92 % углерода.
3. Бурый уголь — самый низкокачественный, но дешевый вид угля. Содержит больше воды и летучих веществ, чем каменный уголь. При сгорании выделяет мало тепла, но много запаха и дыма. Для улучшения качеств бурого угля его сушат, используют в порошке или брикетах. Содержание углерода варьирует от 50 до 75 %.

В 1960-у годы уголь обеспечивал половину мирового производства энергии. В наше время его использование неуклонно сокращается. Это обусловлено крайне негативным воздействием угольной промышленности на окружающую среду.

Сжигание в больших количествах угля является одним из главных источников возникновения «парникового эффекта», который приводит к глобальному изменения климата.

При сжигании одного килограмма каменного угля образуется 6450 килокалорий энергии или 7,5 киловатт.

Нефть

Нефть — это природная горючая жидкость, состоящая из сложной смеси углеводородов.

Известна человечеству с глубокой древности, но в промышленных масштабах стала использоваться только со второй половины 19 века. Особенно интенсивно нефтяная отрасль развивалась в 20-м столетии.

В 1938 году в мире добывалось 280 миллионов тонн нефти, в 1950 — 550, в 1970 — свыше 2-х миллиардов тонн.

Обычно нефть имеет черный или буровато-коричневый цвет. Крайне редко встречается нефть зеленоватых оттенков или даже бесцветная.

Большинство нефтяных месторождений приурочены к осадочным породам и располагаются на глубине от одного до трех километров. Известны случаи естественных выходов нефти на поверхность.

Существуют разные теории происхождения нефти. Наиболее вероятно, что она образовалась из остатков морского органического вещества — планктона и водорослей. Ученые предполагают, что процесс нефтеобразования был очень длительным и занимал от 50 до 350 миллионов лет.

По преобладающим в составе углеводородам нефть делится на виды:

• парафиновые;
• нафтеновые;
• ароматические.

Выделяют также промежуточные виды. Например, нафтено-ароматические нефти.

Классификация по плотности:

• легкие;
• утяжеленные;
• тяжелые.

По товарным сортам:

• «Brent» — эталонная марка, добываемая в Северном море;
• «Siberian light» — легкая западносибирская нефть с низким содержанием серы;
• «Urals» — российская экспортная марка нефтяной смеси, которая получается путем смешивания высокосернистой, тяжелой уральской нефти и сорта «Siberian light»;
• и другие.

При сжигании одного литра нефти образуется 10500 ккал энергии или 12,2 киловатт.

Природный газ

Природный газ — это горючая смесь газов природного происхождения, которая добывается из осадочных пород.

В основном состоит из метана — его количество может варьировать от 70 до 98 %.

• более тяжелые углеводороды — этан, пропан и др.;
• азот;
• углекислый газ;
• сероводород;
• инертные газы — например, гелий.

Почти в два раза легче воздуха, потому при утечках поднимается вверх. Часто добывается вместе с нефтью путем разработки нефтегазоносных залежей.

Известен людям давно, но в промышленных масштабах как ценный энергоресурс начал активно использоваться только с середины XX века. При сжигании одного кубического метра природного газа выделяется 8000 ккал энергии или 9,3 киловатт.

Возобновляемые энергетические ресурсы

К возобновляемым относятся энергоресурсы, которые восполняются естественным путем и являются неисчерпаемыми по человеческим меркам.

Солнечная энергетика

Первые опыты по использованию солнечной энергии производил еще Леонардо да Винчи в эпоху Возрождения. В конце XIX века в США были изобретены экспериментальные солнечные элементы, но они показывали низкую эффективность. Впервые в промышленном масштабе энергия солнца стала использоваться с 1960-х годов в космической отрасли.

Солнечные батареи были установлены на советском пилотируемом космическом корабле «Союз-1», который вышел на орбиту в 1967.

Интерес к солнечной энергетике возрос в начале XXI века, когда остро встал вопрос об исчерпаемости природных ресурсов и необходимости уменьшения негативного воздействия человека на окружающую среду.

Солнечная энергия является экологически чистой, во время ее производства не создаются вредные отходы.

В настоящее время солнечная энергетика активно развивается в государствах Евросоюза, США, Китае, Японии и ряде других стран.

Лидером по использованию солнечной энергии на душу населения является Германия. Больше всего фотоэлементов для солнечной энергетики производится в Китае и США.

При всех своих достоинствах солнечная энергетика имеет ряд минусов:

• относительно высокая стоимость конструкций;
• зависимость от сезона и погоды;
• потребность в больших площадях;
• сложность утилизации фотоэлементов;
• малая плотность мощности.

Ветроэнергетика

Ветряная энергетика основана на превращении кинетической энергии воздушных масс в различные виды энергии, пригодные для использования в промышленности и быту.

С данным типом энергетики человечество знакомо с давних времен. На Востоке ветряные мельницы использовались уже более двух тысяч лет назад, а в XI—XIII веках они распространились по Европе. С XVI века европейцы начинают возводить водонасосные станции, оснащенные гидродвигателями и ветряными мельницами.

В 1887 году в Великобритании была построена первая ветряная электростанция.

В XX веке интерес к ветроэнергетике упал, так как по рентабельности она уступала более дешевым источникам энергии. В наши дни она рассматривается как одно из перспективных направлений развития, поскольку является экологически чистым источником возобновляемой энергии.

Эксплуатация ветряных электростанций (ВЭС) связана с рядом проблем:

• сила энергии ветра непостоянна и не всегда предсказуема;
• работа ВЭС сопровождается сильным шумом;
• по выходу электроэнергии уступает другим типам электростанций.

Гидроэнергетика

В гидроэнергетике кинетическая энергия быстро текущей или падающей воды преобразуется в другие виды энергии. Данный тип энергетики использовался человеком с глубокой древности — например, для орошения полей или сооружения водяных мельниц.

Первая гидротурбина современного типа была изобретена в 1848 году французским инженером Бенуа Фурнероном.

В настоящее время существуют тысячи гидроэлектростанций (ГЭС), расположенных по всему миру. Крупнейшей является китайская ГЭС «Три ущелья», построенная на реке Янцзы. По мощности она равна трем атомным электростанциям.

• возобновляемый энергоресурс;
• большая мощность;
• невысокая стоимость;
• удобство и простота эксплуатации;
• нет вредных выбросов в атмосферу.

• нарушение местных экосистем;
• возможность затопления окрестных территорий;
• можно строить только в возвышенных районах, где имеются крупные реки;
• при авариях происходят сильные наводнения;
• разрушается естественное развитие реки, пересыхают ее притоки и ручьи.

Поскольку эксплуатация ГЭС несет огромное количество негативных последствий для природы, то ученые находятся в поисках альтернативных вариантов использования энергии воды.

Примеры альтернативной гидроэнергетики — использование энергии морей, океанов, подземных вод, термальных источников.

Биоэнергетика

Биоэнергетика — это производство энергии путем переработки органических остатков.

Учеными разработано три способа получения биотоплива:

• сжигание биомассы;
• брожение;
• извлечение из нее спирта и газов.

К настоящему времени создано биотопливо трех поколений:

1. Первого поколения — сырьем для него служат остатки сельскохозяйственных культур, трава, древесина.
2. Второго — получается в результате пиролиза биомассы, то есть ее термического разложения.
3. Третьего — производится из водорослей.

В Германии биоэнергетика рассматривается как перспективное направление для создания автомобильного топлива.

Роль и значение энергетических ресурсов

Энергоресурсы играют ключевую роль в развитии как отдельных стран и народов, так и всего человечества. Энергетика является основой развития всех отраслей народного хозяйства, а также обеспечивает бытовые потребности людей. Без энергии остановятся фабрики и заводы, отключится электричество в домах, перестанут работать системы газо- и водоснабжения.

Международными организациями обеспеченность энергоресурсами рассматривается в рамках концепции устойчивого развития.

Устойчивое развитие — это глобальный подход к стратегии дальнейшего развития человеческой цивилизации, направленный на создание сбалансированного, устойчивого мира, в котором научно-технический и социальный прогресс сочетается с ответственностью за окружающую среду.

Потенциал энергетических ресурсов

В связи с постоянным увеличением населения Земли и возрастанием уровня потребностей перед человечеством остро встает проблема быстрого сокращения энергоресурсов. Уже сейчас многие страны испытывают их нехватку, что нередко становится причиной серьезных социально-экономических и политических потрясений.

По подсчетам специалистов, мировых запасов нефти и природного газа при текущем потреблении хватит максимум на 60—70 лет, угля — на 100 лет.

При этом энергоресурсы на планете распределены крайне неравномерно. Значительная часть нефти и газа сосредоточена в Ближневосточном регионе, в то время как многие государства совсем не имеют нефтяных и газовых месторождений.

Лидерами по мировым запасам нефти являются Венесуэла, Саудовская Аравия и Иран. Больше всего месторождений природного газа в России, Иране и Катаре.

Залежи каменного угля встречаются чаще, но 75 % мировых угольных запасов приходится на пять стран — Китай, Индию, США, Австралию и Россию.

Способы сохранения энергетических ресурсов

Существуют два основных решения, направленных на сохранение энергоресурсов: